内視鏡的粘膜下組織に埋込型自律的充電式 Microneurostimulator
2018年9月27日
高周波低エネルギッシュな刺激のアプリケーションは、胃運動の症状を軽減できます。本研究では粘膜下ポケットに注入されているミニチュア、植込み型内視鏡とワイヤレスで充電式のデバイスが表示されます。ライブ豚実験中に成功した双方向通信と刺激制御を実現した.
この技術の主な利点は、それが大幅に少ない侵襲的なアプローチを提供することです。一般的に、この方法に新しい個人は、埋め込み型デバイスの開発は、ハードウェアとソフトウェアの設計の両方の経験を必要とする規律であるため、苦労します。内視鏡的粘膜下移植は現在、日常の練習では使用されていない実験的な手順であるため、この方法の視覚的実証は重要である。
この手順を開始するには、PCB を平らな面に配置します。0.6ミリメートルの針と60のPSI圧力を備えたはんだペーストディスペンサーを使用して、PCB上のすべての金属パッドに15マイクロリットル未満のはんだ付けペーストを手動で分配します。PCBの上面から始めます。
一対の帯状ピンセットを使用して、すべてのコンポーネントをPCBの最上層に配置します。コンポーネントの位置とコンポーネントを番号に割り当てます。その後、PCBホットエアガンステーションを摂氏260度で使用して、すべてのコンポーネントをはんだ付けします。
すべてのはんだペーストが溶けるまで待ちます。熱い空気銃を片付け、ボードを室温まで冷却させます。バッテリーを除くすべての電気部品にPCBを接続します。
ワイヤレス充電通信コイルをパッド2と3にはんだ付けし、アンテナをパッド1に、PCB電極をパッド番号4と5に接続します。その後、CG-320バッテリーを6と7をパッドにはんだ。バッテリーのマイナス端子はパッド7ではんだ付けする必要があります。
次の手順を実行する際は、注意してください。デバイスは現在、電源が供給され、短絡に敏感であり、金属物体と接触します。次に、熱いエアガンを150°Cに加熱してチューブを収縮させ、冷却させます。
その後、エポキシ接着剤を左端に塗布してチューブの片側を密封し、電極をPCBの背面にチューブで接着します。続いて、チューブのもう一方の端を密封する。このステップでは、PCB を平らな面に配置します。
0.6ミリメートルの針と60のPSI圧力を備えたはんだペーストディスペンサーを使用して、PCB上のすべての金属パッドに50マイクロリットル未満のはんだ付けペーストを手動で分配します。一対の帯状ピンセットを使用して、すべてのコンポーネントをPCBの最上層に配置します。コンポーネントの位置とコンポーネントを番号に割り当てます。
PCBホットエアガンステーションを260°Cにプリセットして、すべてのコンポーネントをはんだ付けします。すべてのはんだペーストが溶けるまで待ちます。熱い空気銃を片付け、ボードを室温まで冷却させます。
次に、12ボルトの電源が壁に接続され、USBコネクタがPCに挿入されます。その後、PuTTY ソフトウェアを開きます。接続の種類として [シリアル] を選択し、シリアルラインとして COMX を入力します。他の COM ポート デバイスがインストールされていない場合、この番号は 1 になります。
速度として38、400を入力します。[開く] をクリックします。充電器送信機装置を使用する準備ができました。
移植および視覚化を行うために、埋め込み型装置を胃にスネアにつかんだ動物モデル専用内視鏡を挿入する。胃の中で、デバイスを解放します。その後、内視鏡を抽出する。
解剖キャップを装備し、胃に再挿入します。装置を粘膜下に移植するために、注射療法の針カテーテルを用いてメチレンブルーと混合した生理液を粘膜下層に塗布する。ノブ状の先端を備えた電気外科用ナイフを使用して粘膜下に開口部を作るために水平切開を行います。
新しく作成された空間に貼り付けられたキャップを挿入し、電気外科用ナイフを使用して、粘膜下層の破壊、拡張、解剖を続けて、刺激装置を挿入するのに十分な大きさのポケットを作成します。正しい配向電極で胃の中に横たわっている装置を把握し、粘膜下ポケットに移動します。その後、2つの止血クリップを使用して、粘膜下ポケットの内部にデバイスを固定します。
その後、内視鏡を引き出します。内視鏡にオヴェスコクリップを置き、胃の中に再度挿入します。ポケットの方に内視鏡を向け、ポケットの両側をつかみ、オヴェスコを適用します。
その後、オヴェスコの正しい配置を確認してください。正常に移植した後、充電器の送信機のコイルを埋め込まれた装置の近くに置き、次にPCのRTL2832ドングルを差し込みます。HDSDRソフトウェアを実行し、中心周波数を432メガヘルツに設定します。続いて、LO 周波数を 431.95 メガヘルツに選択し、432.00 メガヘルツに周波数を選択します。
[960,000 までの帯域幅]を選択します。PuTTYターミナルのRキーを押して充電器送信機からマンチェスターコード化されたシーケンスを送信し、メインHDSDRウィンドウに示されているインプラントからOOK変調応答を受け取ります。ここに示されているのは、PCBの最上の銅層です。
コンポーネント名は、最上位のレイヤーに表示されます。そしてここにPCBの底銅層があります。コンポーネント名は、最下層に表示されます。
この図は、すべてのPCB層の合成図を示しています。一度習得すると、この技術は、適切に実行された場合、デバイスの移植とテストのための埋め込み可能なデバイスの製造のための4時間で行うことができます。この手順を試みている間、移植前に埋め込み型デバイスのすべての機能を検証することが重要です。
この手順に従って、アルゴリズムのさらなる開発やデータ処理などの他の方法は、メソッドの効率のような追加の質問に答えるために行うことができる。その開発後、この技術は、消化器科の分野の研究者が消化管の第3空間を探索する道を開いた。このビデオを見た後、あなたは粘膜下で自律胃小小神経刺激剤の内視鏡移植を行う方法をよく理解しているはずです。
ホットエアガンの作業を含むはんだ付けペーストや電子機器の製造は危険であり、手袋や安全メガネなどの予防措置は、この手順を実行しながら常に着用する必要があることを忘れないでください。
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概要
この研究は、小型化された内視鏡的に埋め込み可能なデバイスを用いた高周波低エネルギー刺激による胃運動障害を緩和する新しいアプローチを調査します。このデバイスは生きたブタモデルの粘膜下への埋め込み用に設計され、通信と刺激制御の成功を実証しました。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 消化器科学
- 生物医学工学
背景
- 胃運動障害は胃の機能と患者の生活の質に影響を与える重大な病気です。
- 現在の方法は侵襲的で、合併症や長期の回復につながることがあります。
- 埋め込み可能なデバイスを使用した新しい技術は侵襲性の低減を約束します。
- この研究は、将来の臨床現場で適用できる方法を提供することを目指しています。
研究目的
- 胃刺激用の先進的な埋め込みデバイスを設計し、テストすること。
- 生きた動物モデルでの方法の実現可能性と有効性を探ること。
- 電気刺激による胃運動調節の理解を深めること。
使用された方法
- 研究では埋め込み手順のために生きたブタモデルが使用されました。
- 粘膜下埋め込み用に設計された小型デバイスが開発されました。
- 主要なステップにはPCB組立、部品のはんだ付け、内視鏡的埋め込み技術が含まれました。
- デバイスの胃組織内での位置決めと固定に焦点を当てた重要な手順が概説されました。
主な結果
- 実験中にデバイスの埋め込みとデータの取得が成功しました。
- デバイスと外部制御システム間の通信プロセスが検証されました。
- 初期の結果は、胃運動障害の治療プロトコルにおける侵襲性の低減の可能性を示唆しています。
- この研究は、消化器系障害における埋め込みデバイスの将来の探索のための基礎を築いています。
結論
- この研究は、最小侵襲的技術による胃運動障害の治療への革新的なアプローチを示しています。
- 将来の研究は胃障害の管理のための臨床応用につながる可能性があります。
- この研究の意味は、消化器系運動性と潜在的な治療戦略の理解を深めることにまで及びます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Miniaturized, endoscopically implantable neurostimulators represent a significant advance for translational research in gastrointestinal motility disorders. This approach enables less invasive, rechargeable, and wirelessly controlled interventions, supporting mechanistic de-risking and functional target validation in preclinical models. The technology positions R&D teams to explore neuromodulation strategies with improved predictive confidence and workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of neuromodulation hypotheses in disease-relevant in vivo models.
- Supports biological de-risking by allowing controlled, repeatable stimulation and monitoring of gastric tissue responses.
- Facilitates target validation for bioelectronic therapies addressing gastric dysmotility.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for standardized, quantitative assessment of stimulation parameters and tissue responses.
- Enables reproducible device placement and stimulation protocols for comparative studies.
- Supports assay development for evaluating neuromodulatory compound or device effects in vivo.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling real-time monitoring and bidirectional communication in large animal models.
- Bridges discovery and preclinical validation by demonstrating device feasibility and functional readouts in physiologically relevant systems.
- Reduces translational risk by providing scalable, minimally invasive implantation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This implantable device methodology fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, supporting both hypothesis testing and translational continuity.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic studies of neuromodulation in gastrointestinal tissue.
- Screening: Enables standardized, quantitative readouts for device and stimulation parameter optimization.
- Analytics: Provides bidirectional communication for real-time data acquisition and device control.
- Translational Research: Demonstrates feasibility in large animal models, supporting preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for iterative device and protocol development across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuromodulation research.
- Operational Value: Standardizes device assembly, implantation, and testing for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling robust preclinical evaluation of bioelectronic interventions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neuromodulation assets targeting gastrointestinal disorders.
Implementation Considerations
- Requires multidisciplinary expertise in electronics, software, and endoscopic surgical techniques.
- Demands access to specialized instrumentation for device assembly, wireless charging, and bidirectional communication.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of implantation and testing protocols.
- Adaptation to other model systems may require device and workflow customization.
- Practical limitations include the need for careful device verification and safety precautions during assembly and implantation.
